Главная » Научная работа » Нейробиологические основы поведения животных »

​Индивидуальные основы познавательной деятельности животных

Руководитель: д.б.н. Никольская К.А.

Творческий коллектив:

Толченникова (Серкова) Вера Владимировна научный сотрудник кандидат биологических наук

Работа выполнялась совместно с Научно-исследовательским институтом морфологии человека (Кондашевская М.В.), Институтом Мозга АМН (Доведова Е.Л., Сергутина А.В., Герштейн Л.М.) и Институтом высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (Хоничева Н.М.).

Описание направления

Один из трудных вопросов в психофизиологии поведения животных и человека – как учитывать индивидуальный характер деятельности. Современное состояние нейронауки свидетельствует о том, что исследователи стараются обойти этот вопрос либо за счет использования упрощенных моделей поведения, малочувствительных к индивидуальным различиям (Воронин, 1952), либо за счет привлечения статистических приемов, направленных на гомогенизацию полученных данных. Сохраняя основное содержание классического павловского подхода к оценке индивидуальных различий, мы использовали системно-информационный подход, позволяющий в пределах одного эксперимента провести комплексный анализ различных показателей процесса обучения в пределах одного эксперимента, а именно: условнорефлекторных, когнитивных, психоэмоциональных проявлений, а также оценить процессы возбуждения и торможения.

Рис. 1

На основании изучения решения пищедобывательной проблемной ситуации крысами в условиях свободного выбора удалось выделить три познавательных типа, которые в соответствии с характером аналитико-синтетической активности мы обозначили их как: сигнальный, процедурный и компилятивный. Мы отталкивались от характера кривой обучения как интегрального фенотипического показателя процесса обучения. В условиях нашего эксперимента в каждой группе из 10-12 особей всегда выделялись три варианта кривых, указывающие на гетерогенность группы по выраженности познавательной деятельности (рис.1).

Рис. 2

Наибольший процент составляли крысы, отказывающиеся решать предложенную пищедобывательную задачу в условиях свободного выбора. Слабость возбуждения в сочетании с выраженными пассивно-оборонительными проявлениями (рис. 2 А, В) обусловливали крайне низкую интенсивность ассоциативного процесса, вследствие чего они самостоятельно могли сформировать только побежку в одной и в редких случаях осуществить побежку к двум кормушкам. Большое количество ошибочных действий (навязчивое заглядывание в пустые кормушки) и низкий уровень подкрепления (белая область), не достигающий максимально возможного (штрихованная область) (рис. 2А, С) приводили к отказу от обучения. Такие животные могли обучаться только по жесткому алгоритму, устанавливая однозначное соответствие между раздражителем внешней среды и ответной реакцией организма.

Рис. 3

Наименьшую группу составляли животные процедурного типа (холерические черты), кривая обучения которых соответствовала экспоненциальной функции – поведенческая эффективность нарастала по мере накопления опыта (рис. 3). характеризовался повышенной возбудимостью, неуравновешенностью возбудительно-тормозных процессов с выраженным преобладание первого (рис. 2А) по интенсивности и силе. Эти животные в отличие от сигнального типа могли самостоятельно решить предложенную задачу в условиях свободного выбора. Процесс обучения протекал на фоне реакций раздражительного типа, таких как тики, прыжки, чесотки и т.п. в отсутствие пассивно-оборонительных проявлений (рис.3). Слабость внутреннего торможения обусловливала неустойчивость условнорефлекторного возбуждения. Высокая интенсивность ассоциативного процесса у этих животных сочеталась с трудностью осуществления интегративного процесса из-за низкого уровня внимания. В этих условиях навык в виде цепочки действий имел низкий уровень стереотипии и осуществлялся исключительно по так называемому механизму «принятия решения» (рис.3).

Рис. 4

Третью группу составляли крысы, которых мы определили как компилятивный тип, поскольку они были способны, в отличие от процедурного типа, создавать на основе компиляции из имеющихся цепочек действий «программу» целенаправленного поведения. Кривая обучения имела логистический вид, т.е. процесс обучения носил скрытый характер, конечный результат которого проявлялся скачкообразно (рис. 4). Характеризуясь относительной уравновешенностью сильных возбудительно-тормозных процессов, в пределах этой группы можно выделить две подгруппы, различающиеся УР активностью. Незначительное преобладание возбудительного процесса у подгруппы с сангвиническими признаками обеспечивало высокую как процедурного типа исследовательскую активность, несмотря на доминирование пассивных проявлений на начальном этапе обучения (рис. 4). Скрытый период обучения был относительно коротким, сформированный навык характеризовался неустойчивостью стереотипного воспроизведения решения (рис. 5).

Рис. 5

В группе с флегматическими признаками, несмотря на уравновешенность нервных процессов, торможение по длительности и силе преобладало. Изначально выраженные пассивно-оборонительные проявления сменялись по мере нарастания когнитивного напряжения невротическими реакциями раздражительного типа (рис. 4). Скрытый период обучения был продолжительнее, чем у сангвиников, а результат когнитивной деятельности в виде целенаправленного навыка характеризовался исключительной устойчивостью (рис. 5).

Рис. 6

В процессе работы представляло интерес оценить морфохимические корреляты индивидуальных особенностей познавательной деятельности крыс Вистар в различных структурах мозга (рис. 6). Выяснилось четкая зависимость структурной топографии ответа на информационную нагрузку от типологии познавательной деятельности. Наиболее наглядно это проявилось в реакции глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы Г-6ФДГ. В отличие от сигнального типа, реакция глутаматдегидрогеназы ГДГ в виде снижения активности у процедурного типа наблюдалось только в эфферентных нейронах СМК и гиппокампе. В тоже время для компилятивного типа резкое смещение активности ГДГ в область высоких значений во всех изученных нами структурах, свидетельствовало о широкой структурной заинтересованности в более высоком энергетическом обеспечении при обучении (рис. 6).

Рис. 7

Используя фармакологический и структурный (разрушение структур мозга) подходы, удалось показать четкую обусловленность эффектов воздействия и их направленность от типологических особенностей познавательной деятельности и лежащих в их основе характеристик основных нервных процессов (рис.7). Такие препараты, как пирацетам, опилонг, гепарин оказывали выраженное анксиолитическое и психостимулирующее действие, независимо от их химических свойств. Основной позитивный эффект малых доз психостимуляторов состоял в уменьшении затрат на восприятие задачи. Спровоцированная гипервозбудимость ЦНС, проявляющаяся в усилении невротических реакций, оказывала негативное влияние на скорость формирования поведенческого навыка, выраженность которого усиливалась при увеличении дозы препаратов (рис.7). Оценка состояния основных нервных процессов показала, что спровоцированная неустойчивость условнорефлекторного возбуждения достоверно затрудняла осуществление интегративной деятельности: у сангвиника за счет усиления тормозных процессов, а у флегматика – за счет возбудительного процесса (рис.7).

При сопоставлении индивидуальных проявлений было установлено, что центральные структуры лимбической системы мозга - гиппокамп и амигдала имели непосредственное отношение к определению индивидуального рисунка ВНД животных за счет участия их в организации нервных процессов, определявших специфику возбудительно-тормозных отношений. Исходя из системного положения, что гетерогенность как неотъемлемое свойство, определяющее устойчивость системы присуща всем уровням организации живого, следует необходимость дифференцированного подхода к оценке фактического материала, что в научном отношении способствовало бы снижению появления необоснованных заключений, а в практическом аспекте – обеспечило бы корректное использование научных знаний в лечебных целях.

Не менее интересным было выяснить отношение структур мозга к проявлению индивидуального рисунка ВНД животных. Как и в случае фармакологического воздействия, эффекты зависели от типологических особенностей познавательной деятельности животных. Повреждение поля СА3 гиппокампа у крыс Вистар привело к тому, что у всех, кроме флегматиков, когнитивные затраты на процесс распознавания структуры задачи, как по числу проб, так и опытов, были существенно больше по сравнению с соответствующим контролем, в то время как формирование программы поведения (навык) в большинстве случаев осуществлялось в пределах контроля. Изменился и психоэмоциональный рисунок: невротические проявления практически исчезли из поведения, а пассивные реакции у исходно уравновешенных крыс усилились.

Проведенные исследования показывают, что в пределах одного эксперимента можно получить исчерпывающую характеристику индивидуальных особенностей протекания когнитивных процессов, психоэмоциональных и условнорефлекторных проявлений, а также основных нервных процессов. Высокая чувствительность и результативность системно-информационного метода может служить основой для осуществления дифференцированного подхода при оценке различных воздействий на организм.

Основные публикации

1. Ещенко О.В., Никольская К.А., Дейгин В.И., Ярова Е.П. Психостимулирующее действие синтетического аналога дерморфина. // Бюлл. экспер. биол. и медицины. 1998. № 9. С.252-255.
2. Хоничева Н.М., Никольская К.А. Индивидуальная вариабельность обучения крыс в лабиринте: роль мозговых структур (удаление миндалевидного комплекса). // Успехи соврем. биол. 1999. Т. 119. №3. С. 296-302.
3. Костенкова В.Н. Психоэмоциональные проявления у гиппокампэктомированных крыс. // Росс. Физиолог. журн. 2003.Т. 89. № 7. С. 868-878.
4. Никольская К.А., Кондашевская М.В., Еремина Л.В. Индивидуальная чувствительность крыс Вистар к действию пирацетама. // Росс. физиол. журн. им. И.М.Сеченова. 2007. Т. 93. №11. С.1308-1318.
5. Никольская К.А., Шпинькова В.Н., Доведова Е.Л., Сергутина А.В., Герштейн Л.М. Типология познавательной деятельности в нейрохимических показателях мозга животных. // Электр. журн. «Исследовано в России», 2007, 016/060207, 150-179.
6. Серкова В.В., Никольская К.А., Еремина Л.В. Гиппокамп как организатор оперативного внимания. // Российский физиологический журнал им. И.М.Сеченова, издательство Наука (СПб.), 2015. № 6, с. 678-688

Возможные темы выпускных работ бакалавра и магистра

Бакалавриат:

1. Влияние различных доз высокомолекулярного гепарина на обучение.
2. Влияние магнитного фактора на распознавание структуры пищедобывательной задачи.

Магистратура:

1. Индивидуальные особенности информационного процессинга при формировании поведения.

версия для печати